煤矸石集料煤基固废混凝土性能研究

煤基固废资源化利用是当前研究热点,以煤基固废制作混凝土是解决煤基固废大量积存的重要方向,并且可以有效缓解混凝土天然原材料的大量消耗。研究使用破碎的连续级配煤矸石替换同体积天然碎石,并采用大量粉煤灰作为胶凝材料制备煤基固废混凝土。优化了实际施工过程中煤基固废混凝土的制作方法,探究了材料在标准养护和自然养护条件下的性能,使用SEM进行了分析。结果表明:随着煤矸石替代量的增加,材料自然养护28 d,强度减小明显,浆体坍落度减小明显;标准养护条件下,煤矸石体积率约为35%时,材料强度损失大幅增加;材料自然养护条件下,强度增长率迅速,0~3 d材料强度增长率最高为6.93 MPa/d,为同龄期标准养护条件下的1.8倍。28 d自然养护强度最高为45.5 MPa,为同龄期标准养护条件下的1.6倍。SEM分析发现,自然养护条件下,28 d水化产物较标准养护明显增多,且发现大量二次水化产物。

煤矸石集料基本性能的试验研究

对煤矸石集料的基本物理性能和微观构造特征进行了全面的试验分析,并对煤矸石混凝土力学性能进行了初步测试.结果表明:煤矸石集料的化学成分主要是石英,有发生碱骨料反应的潜在危险;在扫描电镜(SEM)微观形貌中发现煤矸石集料不如普通集料均匀、密实;煤矸石集料与普通集料的微观孔结构存在较大差异;在一定掺量范围内,煤矸石集料不会对煤矸石混凝土力学性能产生明显的不利影响.

煤矸石集料混凝土气渗和碳化性能实验研究

利用自燃煤矸石代替碎石制作煤矸石混凝土试件进行气渗、碳化性能试验,并与碎石混凝土进行对比,研究了煤矸石混凝土气渗性能、碳化性能随龄期、水灰比和抗压强度变化规律。结果表明:煤矸石集料混凝土气渗系数随龄期增长而降低,且下降速度前期快、后期慢;在龄期一定条件下,气渗系数随水灰比增加而增大。在养护时间相同条件下,水灰比小于0.50时,碳化深度随水灰比增加而变小;水灰比大于0.50时,碳化深度随水灰比增加而变大;水灰比为0.50时,碳化深度最小,抗碳化能力最强;气渗系数、碳化深度均随抗压强度呈线性变化。试验表明:在合适的水灰比和合理的龄期条件下,煤矸石混凝土的气渗和碳化性能可以满足一般建筑结构要求,这为煤矸石混凝土的应用提供了试验依据。

自燃煤矸石集料制备混凝土工艺研究

采用"普通"、"净浆裹石法"和"砂浆裹石法"3种搅拌方法,以自燃煤矸石为粗、细集料制备混凝土。通过对自燃煤矸砂与自燃煤矸石、自燃煤矸砂与天然碎石、天然河砂与自燃煤矸石和天然粗细集料4种组合集料制备的混凝土进行稠度和强度试验,考察3种不同搅拌工艺对混凝土拌合物工作性和强度的影响。结果表明,砂浆裹石法最适合天然砂石制备普通混凝土;砂浆裹石法和净浆裹石法都适合自燃煤矸砂与天然碎石制备自燃煤矸砂混凝土,净浆裹石法对后期强度的发展更有利;净浆裹石法最适合天然河砂与自燃煤矸石制备的自燃煤矸石砂轻混凝土;附加水使二次搅拌工艺对自燃煤矸砂、石制备的全煤矸石集料混凝土工作性和强度影响不明显。

搅拌工艺对自燃煤矸石集料混凝土工作性和强度影响

通过对天然粗细集料、自燃煤矸砂与天然碎石、天然河砂与自燃煤矸石,以及自燃煤矸砂与自燃煤矸石四种组合集料配制的混凝土稠度和强度试验,以及微观形貌特征分析,揭示"普通"、"砂浆裹石"和"净浆裹石"三种不同搅拌工艺对不同集料混凝土工作性和强度的影响。研究结果表明,砂浆裹石适合天然砂石配制的普通混凝土;砂浆裹石和净浆裹石适合自燃煤矸砂与天然碎石配制的自燃煤矸砂混凝土,净浆裹石效果更好;净浆裹石适合天然河砂与自燃煤矸石配制的自燃煤矸石砂轻混凝土;附加水使混凝土水灰比变大,造成二次搅拌工艺对自燃煤矸砂、石配制的全煤矸石集料混凝土工作性和强度影响不明显。

表面活化煤矸石集料水泥砂浆性能试验研究

将煤矸石颗粒分别置于500℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、900℃、1000℃的温度中煅烧活化,然后按一定级配制作砂浆试件,测定其抗压、抗折强度,评定最佳的集料活化温度;根据基准砂浆流动度,研究不同活化煤矸石集料比例下减水剂的掺入量;测试不同养护龄期、不同活化煤矸石集料比例的水泥砂浆试块的立方体抗压强度与抗氯离子渗透性能,并分析了水灰比与砂浆强度的关系。研究表明,煤矸石集料的最佳活化煅烧温度为750℃左右;水泥砂浆流动度相同时,活化煤矸石集料比例的增大会增加减水剂的加入量;水泥砂浆试件的抗氯离子渗透性能随表面活化煤矸石集料的增加先增强后减弱,活化煤矸石集料比例为35%、水灰比为0.86~1.01时水泥砂浆的后期抗压强度与抗氯离子渗透性能均达到最佳状态。

煤矸石混凝土三相细观力学性能及细观破坏机理

为探究煤矸石混凝土力学特性,开展了煤矸石混凝土的多相细观力学特性试验研究,并基于细观尺度建立了煤矸石混凝土非均质数值模型,研究了煤矸石混凝土内部各种介质对煤矸石混凝土力学性能的影响。结果表明:细观模型能较好地描述煤矸石混凝土的力学特性、破坏模式和内部损伤演化过程;煤矸石混凝土的力学特性与三相力学性能有关,随着ITZ强度的增加,煤矸石混凝土的峰值应力先增大后减小,但残余强度趋于一致。改善ITZ力学特性对煤矸石混凝土的破坏模式及宏观裂缝的分布和扩展影响不大;提高水泥砂浆强度可以提高煤矸石混凝土的峰值应力和脆性;粗骨料强度提高了混凝土的峰值应力。当σ_(cp-Agg)<σ_(cp-M)时,可有效提高混凝土的峰值应力;当σ_(cp-M)<σ_(cp-Agg)时,峰值应力增长率迅速下降。增加骨料的强度可以改善混凝土的脆性。

基于灰色关联分析的煤矸石集料级配影响因素研究

为了对煤矸石集料级配作用进行深入研究,采取煤矸石集料空隙率作为评价指标.试验采用粒径0.16~26.5mm的集料,采用最大密度曲线公式确定煤矸石集料的颗粒级配范围,通过调整最大密度曲线n值,确定集料中各粒径组的比例,结合集料的空隙率,运用灰色关联分析各粒径组比例对集料空隙率的影响.研究结果 表明：煤矸石粗集料对空隙率的影响大于煤矸石细集料的影响,当n=0.56时,煤矸石集料的空隙率最小,粗集料的骨架作用和细集料的支承作用最好.

基于养护龄期的煅烧煤矸石细集料砂浆X射线衍射及扫描电镜分析

采用X射线衍射法(XRD)和环境扫描电镜(SEM)分析方法,研究了不同煅烧温度下煤矸石细集料的活性,针对活性最高的700℃高温煅烧煤矸石细集料砂浆的水化产物、微观结构和强度进行了探讨,并分析了砂浆强度随养护龄期(3,7,14,28,60和90d)增长的变化规律。试验研究表明:煤矸石细集料随着煅烧温度的升高,其活性逐步增加,当煅烧温度达到700℃左右时,煤矸石细集料的活性达到最高,当煅烧温度继续升高时,活性呈下降趋势。经过700℃高温煅烧的煤矸石细集料具有明显的火山灰活性,其活性组分SiO2和Al2O3能与水泥水化产物发生一定程度的二次水化反应,通过对不同养护龄期的活性最高的700℃高温煅烧煤矸石细集料砂浆XRD和SEM分析可知,随着养护龄期的增长,二次水化反应将更加充分,而且水化产物的数量也逐步增多,与早龄期的水泥砂浆相比,生成物相更为稳定的水化产物填充在砂浆的微观孔隙中,能够进一步改善砂浆的微观结构,增强砂浆的界面性能,使砂浆内部结构更加均匀,煅烧的煤矸石细集料和水泥砂浆更趋为一个坚固连续的整体,水泥硬化砂浆的后期强度有较大增幅,活性最高的700℃高温煅烧煤矸石细集料火山灰效应明显。

煤矸石粗集料粒径对混凝土性能的影响

从混凝土架构结构模型出发,采用对比实验,研究了煤矸石粗集料粒径对混凝土坍落度、抗压强度、抗折强度、弹性模量和抗冻性的影响.研究结果表明,煤矸石粗集料对混凝土的坍落度、抗压强度、抗折强度和弹性模量影响十分显著.煤矸石粗集料的掺入降低了混凝土的坍落度和抗折强度,提高了混凝土的抗压强度和弹性模量,改善了混凝土的抗冻性.随着煤矸石粗集料粒径的增大,煤矸石混凝土的坍落度逐渐增大,抗折强度和抗冻性逐渐降低,而抗压强度和弹性模量变化并不显著.

煤矸石粗集料理化性质和形状特征对混凝土强度的影响

随着天然集料的日益缺乏以及国家对固体废弃物再利用的高度重视,煤矸石集料的应用已引起广泛关注,但不同地区煤矸石粗集料理化性质和形状特征差异较大,会显著影响混凝土性能。本文选取陕西省不同矿区的煤矸石,采用宏观指标(压碎指标、吸水率、坚固性、表观密度、含泥量)和细观指标(矿物组成、化学成分、微观形貌和内部孔结构)评价煤矸石粗集料的理化性质,并分析了两者之间的关联性。针对煤矸石与天然碎石的形状差异,提出了球度、角数和纹理指数等煤矸石粗集料形状统计指标,并结合煤矸石粗集料宏观指标分析了对混凝土工作性与强度的影响规律。研究结果表明,石英、高岭石和伊利石含量高、微观形貌密实、孔隙率小的煤矸石粗集料,吸水率和压碎指标较低;与天然碎石相比,煤矸石粗集料球度较低,多呈不规则形状,角数和纹理指数高,表现为棱角较多且尖锐、表面更粗糙;压碎指标和吸水率低的煤矸石集料配制的混凝土,和易性好、强度高;当煤矸石粗集料压碎指标差异小时,其形状统计指标决定了混凝土强度,球度越高、角数和纹理指数越小,混凝土强度越低。

自燃煤矸石粗集料取代率对混凝土断裂韧性的影响

通过跨度和初始缝高比恒定的三点弯曲梁试验,计算不同自燃煤矸石粗集料取代率下混凝土的断裂韧度和断裂能,用特征长度和延性指数来衡量其脆性与延性.基于图像处理技术,在水平投影方向对断裂面混合粗集料的分布及破坏方式进行分析.通过三维重构断裂面形貌计算相应分形维数,用以表征粗集料表面粗糙度.结果表明:自燃煤矸石粗集料混凝土的弯曲破坏特征与普通混凝土相似,但随着取代率的增大,裂缝发展路径由弯曲扩展向竖直扩展转变,贯穿截面所用时间变短;韧性参数皆随取代率增大而降低,但降幅不同,当取代率为25%时,特征长度及延性指数与普通混凝土持平,之后随取代率增大而下降,当取代率达到100%时,起裂断裂韧度、失稳断裂韧度和断裂能较普通混凝土分别下降11.69%、39.04%、47.86%.取代率变化对混合粗集料与断裂带净面积水平投影之比影响不明显,但对混合粗集料断裂破坏比例影响显著.随着取代率的增大,分形维数逐渐降低,断裂面形貌渐趋平整.自燃煤矸石粗集料对混凝土断裂性能产生明显不利影响,断裂特征较普通混凝土显著,在工程中应予以高度重视.

阜新地区煤矸石、粉煤灰路用性能的可行性研究

对阜新地区综合治理煤矸石、粉煤灰进行了认真调研,从原材料特性、技术可行性和成熟性、经济性等几个方面进行了系统分析,最终提出开发二灰稳定煤矸石集料用作路面基层材料项目。该项目吃“渣”量大,运行成本低,享受政府政策优惠。二灰稳定煤矸石集料作路面基层材料,对缺乏硬质石材,而煤矸石、粉煤灰储量丰富的阜新地区无论从适用范围、经济效益,还是从资源综合利用、环境治理等方面,都具有重要的现实意义。

自燃煤矸石粗骨料混凝土双变量强度公式研究

通过对16组自燃煤矸石粗骨料混凝土试件的试验,研究了自燃煤矸石粗骨料压碎值、水胶比对混凝土抗压强度的影响。利用多元回归建立了自燃煤矸石压碎值、水胶比和混凝土28 d抗压强度之间的回归方程,并由25组试件检验,普适性良好。自燃煤矸石粗骨料混凝土双变量强度公式的建立,对自燃煤矸石粗骨料混凝土配合比设计及强度推算具有重要的实际意义。

基于徐州矿区煅烧煤矸石细集料活性的砂浆孔结构研究

采用X射线衍射法(XRD)、压汞法(MIP)以及环境扫描电镜(SEM)分析方法,研究煤矸石细集料在不同煅烧温度下的活性,并对不同活性的煤矸石细集料水泥硬化砂浆的孔结构进行探讨,并进一步分析孔结构与砂浆强度之间的关系。试验结果研究表明:不同活性的煤矸石细集料,在水化初期可以与水泥水化产物发生不同程度的二次水化反应,煤矸石细集料活性会对水泥硬化砂浆的孔径分布和孔隙率产生一定影响。采用较高活性的煅烧煤矸石细集料,可以降低水泥硬化砂浆的孔隙率和优化孔径分布,且大于200 nm的有害孔明显减少,100,20 nm以下的无害孔和少害孔相应增加,水泥硬化砂浆的水化产物相应增多。煅烧煤矸石细集料的活性由低到高,可以使砂浆的孔隙得到细化,更能有效地改善砂浆的孔结构,降低其孔隙率,能够提高砂浆的强度。